来自东北大学和英国、德国和瑞士机构的跨国研究团队揭示了纳米级陀螺仪、3-D 手性网络状纳米结构的磁性状态。这些发现增加了一个新的候选系统，用于研究与自旋电子学相关的非常规信息处理和新兴现象。

相互作用的纳米结构阵列提供了实现前所未有的材料特性的能力，因为相互作用可以产生新的“新兴”现象。在磁性方面，这种突现现象迄今为止仅在二维、人造自旋冰和磁子晶体中得到证明。然而，实现磁性“超材料”的进展受到两个障碍的阻碍，磁性“超材料”可以通过在 3-D 中显示突现效应而构成先进自旋电子器件的基础。第一个是需要制造尺寸小于 100 nm(与固有磁性长度尺度相当)的复杂 3-D 构建块，第二个是可视化其磁性配置的挑战。

因此，研究团队决定研究纳米级磁性陀螺仪，即由 3 个连接顶点组成的 3-D 网络，这些顶点由弯曲的纳米线状支柱三元组定义(图 1)。Gyroids 吸引了很多兴趣，因为尽管它们很复杂，但它们可以从精心配制的聚合物组合中自组装，可用作 3-D 模具或模板以形成独立的纳米结构(图 2)。当支柱连接形成螺旋时，陀螺仪具有“手性”或手性，它们的形状使磁性陀螺仪成为测试曲率产生的新磁特性预测的理想系统。对陀螺仪光学特性的测量甚至表明陀螺仪可以具有拓扑特性，这与手性效应一起是目前开发新型自旋电子器件的深入研究的主题。

研究人员生产了 Ni 75 Fe 25单陀螺和双陀螺(由一对单陀螺的镜像形成)纳米结构具有 11 nm 直径的支柱和 42 nm 晶胞，通过块状共聚物模板和电沉积。这些尺寸与 Ni-Fe 中的畴壁宽度和自旋波波长相当。然后他们用离轴电子全息术对陀螺仪纳米粒子进行成像，这可以以纳米空间分辨率绘制陀螺仪支柱内部和周围的磁化和杂散磁场模式。借助有限元微磁模拟对图案进行分析，揭示了一种非常复杂的磁态，它总体上是铁磁性的，但没有独特的平衡配置(图 3)，这意味着磁陀螺可以采用大量稳定状态。

主要作者贾斯汀·兰德罗 (Justin Llandro) 说：“这些发现使磁陀螺仪成为储层计算和自旋波逻辑等应用感兴趣的候选者。”这项研究朝着 3-D 纳米级磁性超材料迈出了令人兴奋的第一步，可用于揭示新的涌现效应并推进基础和应用自旋电子学研究。”